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📜  核的大小——卢瑟福金箔实验

📅  最后修改于: 2022-05-13 01:57:36.274000             🧑  作者: Mango

核的大小——卢瑟福金箔实验

物理学需要了解物质的基本结构。如果没有卢瑟福金箔实验，就不可能确定原子核的大小，这也是本文的主题。卢瑟福原子模型是对原子的第一个正确解释，它为玻尔的解释奠定了基础。

卢瑟福从他的实验中证明，原子核的半径比原子的半径小大约 10 4倍，并且原子核是每个原子的中心核心。原子核含有进入正电荷和超过99.9%的原子质量，换句话说，一个原子几乎是空的。

卢瑟福金箔实验

JJ Thompson 在 1898 年提出了一个原子模型，它看起来或多或少像李子布丁和葡萄干布丁。他假设原子是一个球体，其中电子不均匀地分布在具有正电荷的球体中，该正电荷平衡了电子的电荷。它被称为李子布丁模型。

假设原子的质量均匀分布在整个原子上。在卢瑟福的 α 散射实验证明原子完全不同之后，它失败了。

在这个实验中，卢瑟福允许一束窄的 α 粒子落在非常薄的金箔上。这个金箔周围有一个圆形荧光硫化锌屏。放射性物质发射的α粒子是具有4个单位质量和2个正电荷单位的双正氦离子(He +2 )。在 α 粒子移动的地方产生了微小的闪光。

卢瑟福金箔实验

卢瑟福金箔实验观察：

  • 大多数 Alpha 粒子通过箔而没有任何偏转。
  • 很少有α粒子被小角度偏转。
  • 很少有 Alpha 粒子（20,000 个粒子中的 1 个）完全反弹。即偏转在~180。

卢瑟福金箔实验结论：

  • 原子中存在大量空白空间。
  • 正电荷集中在一个很小的区域，并且在整个原子中分布不均匀（如果不是，那么大量的α粒子会因受到原子正电荷的巨大排斥力而偏转）。
  • 带正电的核心称为原子核。
  • 根据阿尔法散射实验，卢瑟福给出了原子的核模型

卢瑟福金箔实验特点：

  • 在原子中，质量和正电荷集中在一个极小的区域，称为原子核。
  • 与原子的总体积相比，原子核的体积可以忽略不计。
  • 存在于原子核中的质子和中子统称为核子。
  • 核外部分：原子核被旋转的电子包围。电子在称为轨道的圆形路径中以非常高的速度旋转，以抵消质子和电子之间的静电吸引力。
  • 卢瑟福的原子模型类似于太阳系，在这个太阳系中，原子核扮演着太阳和旋转行星的电子的角色。
  • 向外作用的离心力平衡了原子核向内的库仑吸引力。这使电子稳定在它们的轨道上。

需要一个新的原子模型来解释这些发现。积极的东西被认为集中在一个很小但很大的位置，在新概念中被称为核心。为了完成这幅画，人们认为电子围绕原子核旋转，以防止一个原子侵入其邻居的空间。

核大小  

原子核大小的第一次实验测定是根据 α 粒子的卢瑟福散射结果进行的。对于 7.7 MeV 高能 α 粒子，发现最接近的距离被读取为 3 ×10 -14 m。这一事实表明，原子核的大小应小于 3 ×10 -14 m。对于动能大于 7.7 MeV 的 α 粒子，最接近的距离会更小。

在 KE 超过 5.5 MeV 时，最接近的距离会更小。在 KE 超过 5.5 MeV 时，吸引力的核力开始影响 α 粒子和金核之间的库仑排斥力。原子核的大小可以通过使用快电子代替 α 粒子进行散射实验来测量。发现核大小随质量数 (A) 线性变化。由于原子核应该是球形的，半径为 R。

核密度

核密度，ρ =原子核质量/原子核体积=（质子或中子质量）（质量数）/原子核体积。

考虑具有质量数 A 和半径 R 的原子核。

原子核体积 = 4/3 πR 3

但

R = R 0 A 1/3

其中R 0是一个常数。

核体积=4/3 π R 0 3 A

然后

ρ = (1.66×12 -27 )A/4/3 π R 0 3 A

= (1.66×10 -27 )/4/3π (1.2×10 -15 ) 3

R 0 = 1.2×10 -15 m

ρ = 3 ×1.66×10 -27 /4×3.14(1.2×10 -15 ) 3

= 2.38×10 17公斤米-3

因此核密度 ρ 是恒定的。这与所有原子核的质量数无关。

示例问题

问题 1：计算质量数为 8 的原子核的半径。

回答：

问题 2：如果27 Al 的核半径是 3.6 费米，那么125 Fe 的核半径是多少？

回答：

问题 3：求氧核8 O 16的质量密度。

回答：

问题 4：求钨同位素74 W 186和铁同位素26 Fe 56的核半径之比。

回答：

问题 5：给定铁核的质量为 55.85 u，A = 56。求核密度。

回答：